trabalho pronto das 10 etapas do piruvato

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katiucce borges de morais
“as dez etapas da formação do piruvato”
Rio Verde
2016
“as dez etapas da formação do piruvato”
Trabalho de pesquisa sobre: ”Todas as Etapas da Formação do Piruvato” apresentada como requisito para a obtenção de nota parcial da disciplina de Bioquímica pelo Curso de Farmácia do Instituto de Ensino Superior de Rio Verde – Faculdade Objetivo, ministrada pelo professor Me Lessandro do Carmo Lima.
Rio Verde
2016
Sumário 
Introdução.....................................................................................................................4
1. Digestão e Absorção de Carboidratos.......................................................................4
2. Glicólise....................................................................................................................7
2.1. Síntese de glicose−6−fosfato (G6P) ......................................................................9
2.2. Conversão da glicose-6-fosfato em frutose−6−fosfato (F6P) ..............................11
2.3. Fosforilação da frutose−6−fosfato em frutose−1,6−bifosfato (FBP) ....................12
2.4. Clivagem da Frutose−1,6−bifosfato .....................................................................14
2.5. Interconversão do gliceraldeído−3−fosfato e da diidroxiacetona fosfato (DHAP).15
2.6. Oxidação do gliceraldeído−3−fosfato a 1,3−bifosfoglicerato ...............................16
2.7. Formação de ATP a partir do 1,3−bifosfoglicerato ...............................................16
2.8. Conversão do 3−fosfoglicerato a 2−fosfoglicerato (2PG) ....................................17
2.9. Desidratação do 2−fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP) ...............................17
2.10. Formação do Piruvato .......................................................................................18
Bibliografia .................................................................................................................27
Introdução
Antes de começarmos descrever sobre as dez etapas de formação do Piruvato, primeiramente devemos entender um pouco sobre o conceito de carboidratos, sua constituição, qual sua função no organismo e acima de tudo como se dá o processo que antecede o tema desse trabalho.
Os carboidratos, as biomoléculas mais abundantes na natureza, são as fontes universais de nutrientes para as células humanas. A glicose é o carboidrato mais importante. Nas células, a glicose é degradada ou armazenada por diferentes vias. A glicólise transforma a glicose em duas moléculas de piruvato (ou lactato) posteriormente, degradado para a produção de energia. O glicogênio, a forma de armazenamento da glicose nos mamíferos, é sintetizado pela glicogênese. As reações da glicogenólise desdobram o glicogênio em glicose. É também possível sintetizar glicose a partir de precursores não− carboidratos pelo mecanismo chamado gliconeogênese. A via das pentoses− fosfato converte a glicose em ribose−5−fosfato (o açúcar utilizado para a síntese dos nucleotídeos e ácidos nucléicos) e outros tipos de monossacarídeos. O NADPH, um importante agente redutor celular, é também produzido por essa via. 
A síntese e o uso da glicose, o principal combustível da maioria dos organismos, é o foco de discussão do metabolismo dos carboidratos. Nos vertebrados, a glicose é transportada através do corpo pelo sangue. Quando as reservas de energia celular estão baixas, a glicose é degradada pela via glicolítica. As moléculas de glicose não necessárias para a imediata produção de energia, são armazenadas como glicogênio no fígado e músculo. Dependendo das necessidades metabólicas da célula, a glicose pode também ser empregada para sintetizar outros monossacarídeos, ácidos graxos e certos aminoácidos.
1. Digestão e Absorção dos Carboidratos
 Os principais carboidratos da dieta são: o amido, a sacarose e a lactose. O glicogênio, a maltose, a glicose livre e a frutose livre constituem frações relativamente menores de carboidratos ingeridos.
A absorção dos carboidratos pelas células do intestino delgado é realizada após hidrólise dos dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos em seus componentes monossacarídeos. As quebras ocorrem sequencialmente em diferentes segmentos do trato gastrointestinal por reações enzimáticas:
1. α-Amilase salivar. A digestão do amido inicia durante a mastigação pela ação α-amilase salivar (ptialina) que hidrolisa as ligações glicosídicas α(1→4), com a liberação de maltose e oligossacarídeos. Contudo, a α-amilase salivar não contribui significativamente para a hidrólise dos polissacarídeos, devido ao breve contato entre a enzima e o substrato. Ao atingir o estômago, a
enzima é inativada pelo baixo pH gástrico.
2. α-Amilase pancreática. O amido e o glicogênio são hidrolisados no duodeno em presença da α-amilase pancreática que produz maltose como produto principal e oligossacarídeos chamados dextrinas – contendo em média oito unidades de glicose com uma ou mais ligações glicosídicas α(1→6). Certa quantidade de isomaltose (dissacarídeo) também é formada. 
Figura 1
3. Enzimas da superfície intestinal. A hidrólise final da maltose e dextrina é realizada pela maltase e a dextrinase, presentes na superfície das células epiteliais do intestino delgado. Outras enzimas também atuam na superfície das células intestinais: a isomaltase, que hidrolisa as ligações α(1→6) da isomaltose, a sacarase, que hidrolisa as ligações α,β(1→2) da sacarose em glicose e frutose, a lactase que fornece glicose e galactose pela hidrolise das ligações β(1→4) da lactose.
Figura 2
A captação de monossacarídeos do lúmen para a célula intestinal é efetuada por dois mecanismos:
• Transporte passivo (difusão facilitada). O movimento da glicose está “a favor” do gradiente de concentração (de um compartimento de maior concentração de glicose para um compartimento de menor concentração). A difusão facilitada é mediada por um sistema de transporte de monossacarídeos do tipo Na+− independente. O mecanismo tem alta especificidade para D−frutose.
• Transporte ativo. A glicose é captada do lúmen para a célula epitelial do intestino por um co−transportador Na+−monossacarídeo (SGLT). É um processo ativo indireto cujo mecanismo é envolve a (Na+−K+)−ATPase (bomba de (Na+−K+), que remove o Na+ da célula, em troca de K+, com a hidrólise concomitante de ATP . O mecanismo tem alta especificidade por D−glicose e D−galactose.
Figura 3 -Captação da glicose por transporte ativo.
Após a absorção, a glicose no sangue aumenta e as células β das ilhotas pancreáticas secretam insulina que estimula a captação de glicose principalmente pelos tecidos adiposo e muscular. O fígado, o cérebro e os eritrócitos, não necessitam de insulina para captação de glicose por suas células (tecidos insulino−independentes). Outros hormônios e enzimas, além de vários mecanismos de controle, são importantes na regulação da glicemia.
2. Glicólise
A glicólise (do grego, glykos, doce e lysis, romper), também chamada via de Embden−Meyerhof−Parnas, é a via central do catabolismo da glicose em uma seqüência de dez reações enzimáticas que ocorrem no citosol de todas as células humanas. Cada molécula de glicose é convertida em duas moléculas de piruvato, cada uma com três átomos de carbonos em processo no qual vários átomos de carbono são oxidados. Parte da energia livre liberada da glicose é conservada na forma de ATP e de NADH. Compreende dois estágios:
• Primeiro estágio (fase preparatória). Compreendem cinco reações nas quais a glicose é fosforilada por dois ATP e convertida em duas moléculas de gliceraldeído−3−fosfato.
• Segundo estágio (fase de pagamento). As duas moléculas de gliceraldeído−3−fosfato são oxidadas pelo NAD+ e fosforiladas em reação que emprega o fosfato inorgânico. O resultado líquido do processo total deglicólise é a formação de 2 ATP, 2 NADH e 2 piruvato, às custas de uma molécula de glicose. A equação geral
da glicólise é:
Figura 4
Em condições de baixo suprimento de oxigênio (hipóxia) ou em células sem mitocôndrias, o produto final da glicólise é o lactato e não o piruvato, em processo denominado glicólise anaeróbica:
Figura 5
Quando o suprimento de oxigênio é adequado, o piruvato é transformado em acetil−CoA nas mitocôndrias. O grupo acetil da acetil−CoA é totalmente oxidado no ciclo do ácido cítrico com a formação de duas moléculas de CO2.
A. Reações da glicólise
Todas as reações da glicólise com formação de piruvato (ou lactato) são catalisadas por enzimas presentes no citoplasma . Para cada molécula de glicose são consumidas duas moléculas de ATP no primeiro estágio e no segundo estágio são produzidas quatro ATP e 2 NADH. Os elétrons oriundos da reoxidação do NADH em NAD+ em condições aeróbicas, são transferidos para o oxigênio molecular na cadeia mitocondrial transportadora de elétrons que libera a energia livre para a síntese de ATP pela fosforilação oxidativa .
Figura 6- Todas as reações da glicólise com formação de piruvato (ou lactato) são catalisadas por enzimas presentes no citoplasma.
2.1. Síntese de glicose−6−fosfato (G6P) 
Na primeira reação da glicólise, a glicose é ativada por fosforilação no grupo hidroxila em C6 com a formação de glicose−6−fosfato pela transferência de um grupo fosfato do ATP em reação irreversível catalisada pela hexocinase em presença de íons magnésio que interage com as cargas negativas dos grupos fosfato para formar o complexo MgATP2-. A hexocinase é inibida alostericamente pelo produto da reação, a glicose− 6− fosfato.
Figura 7 -A ação da Hexocinase.
 
A glicose é eletricamente neutra, mas quando fosforilada, tornase um composto carregado negativamente e hidrofílico, que impede a sua transferência através da membrana celular, confinado-a na célula.
A hexocinase também catalisa a fosforilação de outras hexoses A glicose livre é obtida a partir da hidrólise da glicose-6-fosfato pela enzima glicose−6−fosfatase e pode ser transportada pelo sangue para os órgãos periféricos:
Figura 8
A glicose livre formada nessa hidrólise é de grande importância para a manutenção dos níveis de glicemia pelo fígado, na última etapa da gliconeogênese e da glicogenólise. A reação não regenera o ATP.
A glicose-6-fosfato é um importante intermediário central para várias rotas metabólicas.
A via alternativa predominante depende do estado metabólico do organismo e varia em diferentes condições.
Destinos da glicose-6-fosfato. A glicose-6-fosfato pode ser usada como: (1) combustível pelo metabolismo anaeróbico ou aeróbico, por exemplo, no músculo; (2) ser convertida em glicose livre no fígado e, subsequentemente, liberada para o sangue; (3) ser processada pela via das pentoses-fosfato para gerar NADH ou ribose em vários tecidos; (4) formar compostos de grande importância metabólica.
Figura 9
2.2. Conversão da glicose-6-fosfato em frutose−6−fosfato (F6P)
A isomerização reversível da glicose−6−fosfato em frutose−6−fosfato é catalisada pela fosfoglicose−isomerase. A aldose (glicose− 6− fosfato) é convertida em cetose (frutose−6−fosfato). O oxigênio carbonílico se deslocou do C1 para o C2:
Figura 10 -Conversão da glicose-6-fosfato em frutose−6−fosfato (F6P).
2.3. Fosforilação da frutose−6−fosfato em frutose−1,6−bifosfato (FBP)
 A fosfofrutocinase−1 (PFK−1) catalisa irreversivelmente a transferência do grupo fosfato do ATP para o C1 da frutose−6−fosfato com a formação de frutose−1,6−bifosfato:
Figura 11- Fosforilação da frutose−6−fosfato em frutose−1,6−bifosfato (FBP)
A fosfofrutocinase−1 é a principal enzima reguladora da glicólise nos músculos. A atividade da enzima é modulada em presença de ativadores ou inibidores alostéricos.
Figura 12
A frutose−2,6−bifosfato é um potente ativador alostérico da atividade da fosfofrutocinase−1 (PFK−1) hepática e é sintetizada a partir da frutose−6−fosfato pela ação da fosfofrutocinase−2 (PFK−2) em resposta a sinais hormonais correlacionados com os níveis de glicose no sangue. Quando os níveis de glicose sangüínea estão elevados, o estímulo hormonal (insulina) eleva os teores de frutose−2,6−bifosfato que aumentam a atividade da PFK−1 ativando a glicólise e reduzindo a atividade da enzima que catalisa a reação reversa, a frutose−1,6−bifosfatase (inibe a gliconeogênese, ver adiante).
Figura 13- A frutose−1,6−bifosfatase (inibe a gliconeogênese).
A PFK−2 é uma enzima bifuncional que atua como fosfatase quando fosforilada em resposta ao hormônio glucagon e como cinase quando defosforilada em resposta ao hormônio insulina.
Figura 14
Como a fosforilação catalisada pela fosfofrutocinase-1 é irreversível, a reação inversa, a hidrólise da frutose−1,6−bifosfato em frutose−6−fosfato e fosfato inorgânico, é catalisada por uma enzima distinta, a frutose−1,6−bifosfatase:
A frutose−1,6−bifosfatase é importante na via gliconeogênese (ver adiante) – e é inibida alostericamente pelo AMP e pela frutose−2,6−bifosfato.
2.4. Clivagem da Frutose−1,6−bifosfato 
A frutose-1,6-bifosfato é clivada entre os carbonos 3 e 4 para produzir duas trioses: o gliceraldeído−3−fosfato (GAP) e diidroxiacetona−fosfato (DHAP) pela ação da enzima aldolase. O substrato é mostrado em cadeia aberta para a melhor visualização da reação:
Figura 15
A reação é não−favorável (ΔG°′ = +23,8 kJ·mol-1) mas procede porque os produtos são rapidamente removidos.
2.5. Interconversão do gliceraldeído−3−fosfato e da diidroxiacetona fosfato (DHAP)
A enzima triose−fosfato−isomerase catalisa a interconversão por isomerização do gliceraldeído−3−fosfato e da diidroxiacetona−fosfato. A reação dirige a diidroxiacetona−fosfato para o gliceraldeído−3−fosfato, pois esse é o único que pode ser diretamente degradado nas etapas subseqüentes da glicólise:
Figura 16
A diidroxiacetona−fosfato por sua transformação em glicerol−3−fosfato, torna-se essencial na biossíntese dos triacilgliceróis e fosfolipídios.
2.6. Oxidação do gliceraldeído−3−fosfato a 1,3−bifosfoglicerato
(1,3−BPG). Essa etapa é a única reação de oxidação da glicólise. O gliceraldeído−3−fosfato é oxidado a 1,3−bifosfoglicerato com a concomitante redução de um mol de NAD+ a NADH, pela enzima gliceraldeído−3−fosfato−desidrogenase:
Figura 17
A reação oxida o aldeído e incorpora um fosfato inorgânico com a produção do primeiro composto de “alta energia” da via, o 1,3−bifosfoglicerato (1,3−BPG).
O NADH formado necessita ser reoxidado para a continuação da via glicolítica, que ocorre por duas vias: (a) a oxidação pela cadeia mitocondrial transportadora de elétrons ou (b) pela transformação do piruvato em lactato.
A partir do 1,3−bifosfoglicerato é sintetizado o 2,3−bifosfoglicerato, presente nos eritrócitos e um importante regulador da ligação do oxigênio à hemoglobina. Os efeitos regulatórios do 2,3−bifosfoglicerato são semelhantes aos exercidos pela frutose−2,6−bifosfato sobre a PFK−1.
2.7. Formação de ATP a partir do 1,3−bifosfoglicerato
A fosfoglicerato−cinase catalisa a transferência do fosfato do 1,3−bifosfoglicerato para o ADP gerando o primeiro ATP da via junto com o 3−fosfoglicerato:
Figura 18
A reação é reversível em condições fisiológicas pois as energias livres de hidrólise do ATP e do 1,3−bifosfoglicerato apresentam magnitudes semelhantes. A produção de ATP pela transferência direta de fosfato do substrato (1,3−bifosfoglicerato) para o ADP em ausência de oxigênio, é denominada fosforilação ao nível do substrato. Nessa etapa são gerados dois ATP por molécula de glicose.
2.8. Conversão do 3−fosfoglicerato a 2−fosfoglicerato (2PG)
O 3−fosfoglicerato é convertido reversivelmente a 2−fosfoglicerato pela ação da fosfoglicerato−mutase que requer a presença de 2,3−bifosfoglicerato (ver acima) para a sua ação:
Figura 19
2.9. Desidratação do 2−fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP)A enolase catalisa a remoção reversível de uma molécula de água do 2−fosfoglicerato para formar o segundo intermediário de “alta energia”, o fosfoenolpiruvato:
Figura 20
A reação é reversível apesar do elevado conteúdo energético do fosfoenolpiruvato.
2.10. Formação do Piruvato
 A transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para o ADP formando piruvato e ATP é catalisada pela enzima piruvato−cinase (PK) e presença de Mg2+ ou Mn2+ e K+:
Figura 21
ou
Figura 22
Sob condições fisiológicas, a reação é altamente exergônica, fornecendo energia livre suficiente para a formação de ATP. Essa é a segunda reação da glicólise que fosforila o ATP ao nível do substrato. Nesse estágio são gerados dois ATP por molécula de glicose.
A piruvato−cinase é uma enzima alostérica ativada por níveis elevados de frutose−1,6−bifosfato e inibida pelo ATP e alanina. A piruvato−cinase também é modulada por uma proteína-cinase dependente de AMPc. Em teores diminuídos de glicemia, o glucagon eleva os níveis intracelulares de AMPc promovendo a fosforilação e inibição da piruvato−cinase. Desse modo, a glicólise é interrompida e o piruvato é desviado para a síntese da glicose pela gliconeogênese que, por sua vez, é também estimulada pelo glucagon. A piruvato−cinase é reativada por defosforilação realizada por uma fosfoproteína−fosfatase.
A. Redução do piruvato em lactato
O piruvato pode seguir várias vias metabólicas. Nos tecidos que funcionam sob condições anaeróbicas, como o músculo esquelético durante atividades físicas vigorosas, o piruvato é reduzido a lactato para gerar novamente NAD+ (fermentação homoláctica) o que permite a continuação da glicólise com baixa produção de ATP.
A redução do piruvato a lactato é catalisada pela lactato−desidrogenase com o emprego de NADH como agente redutor:
Figura 23
O NADH utilizado na redução é gerado durante a glicólise na oxidação do gliceraldeído−3−fosfato a gliceraldeído−1,3−bifosfato
Figura 24
Reciclagem do NADH na glicólise anaeróbica. O NADH produzido na conversão do gliceraldeído−3−fosfato a gliceraldeído−1,3−bifosfato é oxidado quando o piruvato é convertido a lactato.
Essa reação é a principal opção empregada pelas células sob condições hipóxicas como em músculos esqueléticos submetidos à atividade intensa, por exemplo, para a reoxidação do NADH a NAD+ no citosol e, assim, prosseguir produzindo ATP pela glicólise. O lactato formado no músculo ativo difunde para o sangue e é transportado até o fígado, onde é convertido em glicose pela gliconeogênese (ver adiante).
Alguns tecidos como os eritrócitos, mesmo sob condições aeróbicas, produzem lactato como produto final da glicólise.
B. Rendimento energético da glicólise
 Durante a glicólise, a energia livre liberada na transformação de uma molécula de glicose a dois piruvato é conservada na forma de dois ATP. A variação de energia livre é ΔG0´= −135,6 kJ·mol-1 em todo o processo. Parte da energia liberada é dissipada como calor. A equação é:
Figura 25
A (figura 25) mostra uma tabela, a qual, demonstra as variações de energia livre de cada reação da glicólise em condições fisiológicas (ΔG) e no estado-padrão (ΔG°´). Parte das reações são endergônicas (ΔG°′ <0). Entretanto, quando a variação de energia livre real (ΔG) de cada reação é calculada a partir de suas concentrações fisiológicas intracelulares, somente três reações (triose-fosfato-isomerase, fosfoglicerato−cinasee fosfoglicerato−mutase) necessitam energia, mesmo assim, em pequenas quantidades.
Tabela– Variação de energia livre padrão e da energia livre real de cada reação de glicólise.
Figura 26
No transcorrer da via glicolítica em condições aeróbicas, dois NAD+ são reduzidos a dois NADH. Os NADH produzidos são reoxidados em NAD+ pela transferência de seus elétrons para a cadeia mitocondrial transportadora de elétrons. A energia livre liberada no processo é utilizada para a síntese de ATP a partir de ADP pela fosforilação oxidativa .
Em condições anaeróbicas, as células do músculo esquelético degradam a glicose a lactato e tem ΔG°′= −196 kJ·mol−1:
Figura 27
Em condições aeróbicas, o piruvato não é transformado em lactato e sim transferido para a mitocôndria onde é convertido em acetil−CoA com posterior oxidação a CO2 e H2O no ciclo do ácido cítrico.
C. Regulação da glicólise
A regulação da glicólise é complexa pela sua importância na geração de energia na forma de ATP e pela produção de vários intermediários glicolíticos destinados a biossíntese. Na maioria das células, a velocidade da glicólise é determinada, principalmente, pela regulação alostérica das enzimas hexocinase, fosfofrutocinase−1 (PFK−1) e piruvato−cinase. As reações catalisadas por essas enzimas são irreversíveis e podem ser “ligadas” ou “desligadas” por efetores
alostéricos. Por exemplo, a hexocinase é inibida pelo excesso de glicose-6-fosfato. Vários compostos de “alta energia” atuam como efetores alostéricos. Por exemplo, elevadas concentrações de AMP (um indicador de baixa produção de energia) ativa a PFK−1 e a piruvato−cinase. Por outro lado, teores elevados de ATP (um indicador que as necessidades energéticas das células foram atingidas) inibem as duas enzimas. O citrato e a acetil−CoA, que acumulam quando existe ATP em quantidade suficiente, inibem a PFK−1 e a piruvato−cinase, respectivamente. A frutose−2,6−bifosfato, produzida por indução de hormônio da PFK−2, é um indicador de altos níveis de glicose disponível e alostericamente ativa a PFK− 1. O acúmulo de frutose−1,6−bifosfato ativa a piruvato−cinase, promove um mecanismo de controle (a frutose−1,6−bifosfato é um ativador alostérico). 
Figura 28- Características regulatórias da glicólise.
Após uma refeição rica em carboidratos, a insulina promove o aumento na síntese das enzimas glicocinase, fosfofrutocinase−1 epiravato−cinase. Por outro lado, a síntese dessas mesmas enzimas é reduzida quando o glucagon plasmático está aumentado e a insulina reduzida, como no jejum ou diabetes.
D. Destino do piruvato
O piruvato formado na glicólise e de outras fontes é utilizado em diferentes vias metabólicas dependendo de vários fatores e necessidades momentâneas de certos metabólitos−chave. Os principais destinos são: síntese de lactato (glicólise em condições anaeróbicas), acetil−CoA (ciclo do ácido cítrico), oxaloacetato (gliconeogênese) e alanina (síntese de aminoácidos) (figura 29).
Figura 29
Em resumo, no decurso da glicólise, por cada molécula de glucose, são produzidas duas moléculas de ácido pirúvico. No início do processo, foi investida energia (consumiram-se 2 ATP). No final do processo recuperou-se energia sob a forma de 4 ATP. O saldo é pois de 2ATP e 2 NADH por molécula de glucose.
Figura 30 - Esquema das 10 etapas da quebra e formação de ATP a partir da glicose resultando no ácido pirúvico.
Bibliografia 
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